3D打印技术势必在建筑领域掀起一场划时代的革命。 理论上,3D打印技术可以解决一切建筑建造技术问题,使建筑设计和建造走向无限自由。3D打印是快速成型技术的一种,以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体,形成“数字化制造”。
近几年建筑设计中引入了工业设计尤其是航空设计领域的参数设计技术,建筑设计与工业设计的界限已经没那么分明,设计建筑和设计手机本质上已没什么区别。相比之下,传统的建筑建造技术还缺乏与参数设计相匹配的手段。
2013年1月,荷兰设计师Janjaap Ruijssenaars计划采用3D打印技术建造的房屋在2014年建成。这座仿莫比乌斯环的3D打印房屋,力求“完成人力建造办不到的事”。
美国南加利福尼亚大学的工业与系统工程教授贝洛克•霍什内维斯,一直在研究快速成型工艺在建筑上的应用,也就是3D打印建筑技术。据他介绍,房屋是这样被“打印”出来的:首先要在建造房子的空地上,安装巨大的打印设备,而这一过程只需要两三位工人花费几个小时。这个设备的外观,有点像建筑行业中使用的两边有滑轨的巨大行车,只不过行车横梁上通常用来装吊货物的部分,装有巨大的给料器。将事先设计好的立体模型载入3D打印系统,装载在行车上的“打印”设备通过一个可移动的喷嘴喷射出特殊的水泥,在建筑场地上勾画出一个整体轮廓,接着一层一层地叠加建筑墙体,打印机会根据规划图自动留出门窗的位置。然后,盖上第一层天花板,在顶上浇灌出第二层的地面直到完成屋顶和外部结构的细节。和传统的建造过程类似,墙体建设完成后添加电气、管道和通信等基础设施。搭建完成后,剩下的只是安装门窗和内部装修了。
不需要砖瓦、木材、脚手架和施工队,20小时内,利用3D打印机就能建造出几幢简单地毛坯房。速度是人工建房的几百倍。而且用这种方式建造房屋,不会发生任何安全事故。
2015年1月,中国苏州工业园区数幢使用3D打印技术建造的建筑闪亮登场。这批建筑包括一栋面积1100平米的别墅和一栋6层居民楼。这些建筑的墙体由大型3D打印机层层叠加喷绘而成,而打印使用的“油墨”则由建筑垃圾制成,绿色环保实现了可持续发展。
建筑史在很大程度上是设计和建造技术史,技术手段往往决定了建筑的设计表达方式,也决定了建筑的空间形式,进而成为影响建筑观念和建筑美学的重要因素。理论上,3D打印技术可以解决一切建筑建造技术问题。“用3D打印机来造房,是世界各国建筑师的梦想。此前,俄罗斯曾发布一幢3D打印建筑,但他们的原理是打印一个个像乐高积木一样的配件,然后通过组装做成建筑的墙体;荷兰打印了一个景观房建筑叫莫比乌斯环,是通过用沙子和黏合剂的方式打印若干个模块进行组装,最终,也没有打印出完整的房子。而有了这台打印机,就可以就地取材,制造打印"油墨",打出整栋房子。”马义和称。
打印建筑牢度怎样,能用多少年?如果在将来推出3D打印住宅,有人会买吗?面对这些疑问,马义和回答说,它更加坚固耐用、保护环境、高效、节能。据他介绍,3D打印最大亮点就是把建筑垃圾再利用,同时让新建建筑不会产出新的建筑垃圾。“今后建筑工地不会再是一片狼藉,城市空气质量也会得到改善。” 与传统建筑行业相比,3D打印的建筑可节约建筑材料30%~60%、缩短工期50%~70%、减少人工50%~80%……据他测算,打印至少能使建筑成本降低50%以上,让更多人住得起房子。不过,新型“油墨”打印的建筑,其刚度、强度和耐久性等综合性能还待进一步验证。
3D打印技术无疑将推动制造业的数字化发展,相信在3D打印的世界里,建筑师、工程师和建筑工人将借助科技之力,将绿色建筑与3D打印完美的结合,完成对自然的再造,力促可持续发展,绿色建筑工程师和设计师们建造更多的绿色建筑,携手共进,继往开来迎接绿色环保的未来。
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